DE202014000679U1 - Einwelliger Antriebsstrang mit Hybridantrieb für eine Arbeitsmaschine ohne Zwischengetriebe und mit weiteren Leistungs-Nebenverbrauchern - Google Patents

Einwelliger Antriebsstrang mit Hybridantrieb für eine Arbeitsmaschine ohne Zwischengetriebe und mit weiteren Leistungs-Nebenverbrauchern Download PDF

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Abstract

Antriebsstrang 11 für eine mobile Arbeitsmaschine bestehend aus Verbrennungsmotor 1, Fahrzeuggetriebe 2, Kardanwelle 8, Stromerzeuger 4 und Elektromotor 9, dadurch gekennzeichnet, dass drei Kupplungen 6, 7, 13 in die Kardanwelle 8 integriert sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine wie sie bspw. zur Beseitigung von Öl und anderen extremen Verschmutzungen von Verkehrsflächen bekannt ist. Kennzeichnend für solche Arbeitsmaschinen ist es, dass die eigentliche Reinigungsvorrichtung und die zugehörige Verfahrenstechnik an und/oder auf einem Trägerfahrzeug, das aus Kostengründen schnell zum Einsatzort gelangen soll (Fahrmodus), montiert sind, bspw. in DE 10 2010 027 314 . Deshalb verfügen diese Fahrzeuge über einen handelsüblichen Verbrennungsmotor als Antriebsaggregat, dabei erfolgt die Kraftübertragung in bekannter Weise über eine Kupplung, ein fahrzeugseitiges Getriebe und eine Kardanwelle auf die Achsen des Fahrzeugs; dieser Antriebsstrang garantiert relativ hohe Fahrgeschwindigkeiten. Während des Einsatzes der Reinigungsmaschine ist dieser Antriebsstrang allerdings wenig geeignet, da die Reinigungsvorrichtung am Fahrzeug eine sehr geringe und konstante Geschwindigkeit erfordert (Arbeitsmodus). Deshalb verfügen solche Fahrzeuge über einen so genannten hydraulischen Hydrostat-Antrieb wie er bspw. aus DE 3941024 bekannt ist. Hier gibt es zurzeit einen Hersteller mit marktbeherrschender Monopolstellung, so dass andere ähnliche Antriebskonzepte zu deutlichen Preisreduktionen führen können.
  • In zahlreichen Anwendungsfällen umfasst die Arbeitsmaschine bzw. Reinigungsvorrichtung weitere Verfahrenskomponenten mir hohem Stromverbrauch, der dann nicht mehr von der Lichtmaschine des Fahrzeugs gedeckt werden kann. In solchen Fällen ist auf dem Trägerfahrzeug ein weiterer Stromerzeuger untergebracht. Deshalb bietet es sich an, die erforderliche konstante und langsame Reinigungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb zu realisieren, wobei dessen Stromversorgung durch den mitgeführten und vom Verbrennungsmotor angetriebenen Stromerzeuger erfolgt. Ein solches Antriebskonzept unterscheidet sich deutlich von einem elektrischen Hybridantrieb für einen Pkw, dessen Antriebsenergie von einer mitgeführten Batterie erfolgt, wie er bspw. in DE 10 2008 040 500 dargestellt ist.
  • Weitere Lösungsansätze sind bspw. in DE 19527015 zu finden; hier wird eine Antriebseinheit aus einem Verbrennungsmotor und einem kontinuierlich steuerbaren Verzweigungsgetriebe, das eine stufenlos steuerbare hydrostatische Motor-Pumpe-Einheit und ein Summierungsgetriebe mit anschließenden Bereichsgetrieben umfasst, vorgestellt. In ähnlicher Weise wird in DE 19741510 ein stufenloses Getriebe mit hydrostatischer Leistungsverzweigung beschrieben.
  • In DE 10 2012 201 141 ist eine mobile Arbeitsmaschine vorgestellt, bei der zumindest eine elektrische Maschine mit einem Verbrennungsmotor gekoppelt ist, wobei die elektrische Maschine in Abtriebsrichtung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnet ist und die elektrische Maschine über eine Trennkupplung oder Übersetzung mit dem Antriebsstrang gekoppelt ist. Die elektrische Maschine kann mit einem Nebenabtrieb gekoppelt sein.
  • Die Lösungen nach dem Stand der Technik haben den Nachteil, dass neben dem fahrzeugseitigen Getriebe weitere Getriebe erforderlich sind bzw. aufwändige Hydrauliksysteme zum alternativen Fahrantrieb benötigt werden. Bei mobilen Arbeitsmaschinen mit definierten Funktionen wie bspw. Reinigungsaufgaben, die eine Vielzahl von elektrisch angetrieben Komponenten umfassen und die ohnehin neben der Lichtmaschine über einen weiteren Stromerzeuger verfügen, bietet es sich an, den alternativen Fahrantrieb elektrisch zu realisieren und auf das Hydrauliksystem zu verzichten, was den weiteren Vorteil einer Gewichtsersparnis mit sich bringt. Es wird deshalb erfindungsgemäß ein mechanischer und elektrischer Antriebsstrang ohne zusätzliches Getriebe vorgeschlagen, der gleichzeitig die elektrische Versorgung der verfahrenstechnisch erforderlichen Komponenten der Arbeitsmaschine gewährleistet. Dies wird erreicht, indem in den Antriebsstrang eines Trägerfahrzeugs (Kardanwelle) mit den aufgebauten verfahrenstechnischen Komponenten für die Umsetzung der Arbeitsfunktionen drei Kupplungen, bspw. Elektromagnetkupplungen oder pneumatisch betätigte Kupplungen, eingebaut werden, dabei sind abtriebsseitig nach dem Fahrzeuggetriebe zunächst eine Abtriebskupplung als Schließkupplung, dann eine Trennkupplung und abschließend eine Antriebskupplung als Schließkupplung realisiert. Eine solche Anordnung der Kupplungen kann aber auch mit einem Hydrauliksystem realisiert werden, wobei ein hydraulischer Verbraucher dann ein Stromgenerator sein kann, der die elektrische Versorgung verfahrenstechnischer Komponenten garantiert.
  • Sind im Fahrmodus zwei dieser Kupplungen geöffnet und die dritte als Trennkupplung geschlossen, dann erfolgt die Übertragung der Antriebsenergie des Verbrennungsmotors über das Fahrzeuggetriebe direkt auf die angetriebenen Achsen des Trägerfahrzeugs. Bei dieser Betriebsweise müssen die verfahrenstechnischen Komponenten für die Umsetzung der Arbeitsfunktionen nicht mit elektrischer Energie versorgt werden. Das Fahrzeug wird bauartbedingt durch die Lichtmaschine mit elektrischer Energie versorgt. Das Fahrzeug kann in diesem Fahrmodus bauartbedingt mit hoher Geschwindigkeit zum Einsatzort fahren.
  • Sind im Arbeitsmodus zwei dieser Kupplungen geschlossen und die Dritte geöffnet, dann dient der Verbrennungsmotor ausschließlich zum Antrieb eines Stromerzeugers. Die erzeugte elektrische Energie steht dann zur Verfügung, um einerseits mittels eines Elektromotors das Fahrzeug mit einer langsamen Arbeitsgeschwindigkeit anzutreiben und andererseits die verfahrenstechnischen Komponenten für die Umsetzung der Arbeitsfunktionen mit elektrischer Energie zu versorgen. Das Fahrzeug selbst wird auch hier bauartbedingt durch die Lichtmaschine mit elektrischer Energie versorgt. In dieser Betriebsweise kann das Fahrzeug mit einer sehr geringen Geschwindigkeit, in der Regel kleiner als 25 km/h, bewegt werden, so wie es die Arbeitsfunktionen erfordern. Der elektrische Energiebedarf der Nebenverbraucher kann dabei deutlich größer sein als die benötigte elektrische Antriebsenergie, so dass ein entsprechend dimensionierter Stromerzeuger erforderlich ist. Die zu versorgenden Nebenverbraucher können dabei bspw. ein Drucklufterzeuger, ein Heißlufterzeuger, ein Dampferzeuger, mehrere Hochdruckpumpen und Sauggebläse oder ähnliches sein.
  • Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte 1 beschrieben, die eine Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs zeigt. Dem Fachmann erschließt sich sofort, dass eine Umsetzung des Antriebskonzepts auch mit anderen Kupplungsformen gelingt.
  • Der Antriebsstrang 11 umfasst einen Verbrennungsmotor 1, der über ein fahrzeugseitiges Getriebe und eine entsprechend gelagerte 3 Kardanwelle 8, in welche drei Kupplungen 6, 7, 13 integriert sind, seine Antriebsenergie auf die angetriebenen Achsen, hier nicht dargestellt, übertragen kann, sofern die beiden Schließkupplungen 6, 13 geöffnet und die Trennkupplung 7 geschlossen sind. Ferner kann besagter Verbrennungsmotor 1 über das fahrzeugseitige Getriebe 2 einen Stromerzeuger 4 antreiben und elektrische Energie erzeugen, die dann über geeignete elektrische Verbindungen 10 genutzt werden kann, um mittels eines Elektromotors 9 die dafür vorgesehenen Achsen des Fahrzeugs anzutreiben und alle elektrischen, verfahrenstechnisch bedingten Nebenerbraucher 5 mit elektrischer Energie zu versorgen, sofern die beiden Schließkupplungen 6, 13 geschlossen und die Trennkupplung 7 geöffnet sind. Der Antriebsstrang umfasst eine Steuervorrichtung 12 um über entsprechende Wirkverbindungen 14, 14' die entsprechenden Antriebspfade einstellen zu können. Alternativ kann anstelle des Stromerzeugers 4 eine Hydraulikpumpe 4' und anstelle des Elektromotor 9 ein Hydraulikmotor 9' angeordnet sein, wobei die Hydraulikpumpe 9' dann weitere Nebenaggregate 5' über entsprechende Verbindungen 10' mit Hydrauliköl versorgen kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    Fahrzeuggetriebe
    3
    Lager
    4
    Stromerzeuger
    4'
    Hydraulikpumpe
    5
    Alle elektrische Nebenverbraucher
    5'
    Hydraulikölverbraucher
    6
    Schließkupplung
    7
    Trennkupplung
    8
    Kardanwelle
    9
    Elektromotor
    9'
    Hydraulikmotor
    10
    Elektrische Verbindung
    10'
    Hydraulikleitung
    11
    Antriebsstrang
    12
    Steuervorrichtung für die Betriebsweisen
    13
    Schließkupplung
    14
    Elektrische Verbindung
    14'
    pneumatische Verbindung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010027314 [0001]
    • DE 3941024 [0001]
    • DE 102008040500 [0002]
    • DE 19527015 [0003]
    • DE 19741510 [0003]
    • DE 102012201141 [0004]

Claims (10)

  1. Antriebsstrang 11 für eine mobile Arbeitsmaschine bestehend aus Verbrennungsmotor 1, Fahrzeuggetriebe 2, Kardanwelle 8, Stromerzeuger 4 und Elektromotor 9, dadurch gekennzeichnet, dass drei Kupplungen 6, 7, 13 in die Kardanwelle 8 integriert sind.
  2. Antriebsstrang 11 für eine mobile Arbeitsmaschine bestehend aus Verbrennungsmotor 1, Fahrzeuggetriebe 2, Kardanwelle 8, Hydraulikpumpe 4' und Hydraulikmotor 9', dadurch gekennzeichnet, dass drei Kupplungen 6, 7, 13 in die Kardanwelle 8 integriert sind.
  3. Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsenergie des Verbrennungsmotors 2 bei geöffneten Kupplungen 6, 13 und geschlossener Kupplung 7 mechanisch auf die Antriebsachsen des Fahrzeugs übertragen wird.
  4. Antriebsstrang nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsenergie des Verbrennungsmotors 2 bei geschlossenen Kupplungen 6, 13 und geöffneter Kupplung 7 zum Antrieb eines Stromerzeugers 4 dient und dass die erzeugte elektrische Energie über geeignete Verbindungen 10 zum Antrieb der Antriebsachsen des Fahrzeugs durch einen Elektromotor 9 sowie zur Versorgung elektrischer Nebenverbraucher 5, die zur Durchführung der Arbeitsfunktionen der mobilen Arbeitsmaschine erforderlich sind, verwendet wird.
  5. Antriebsstrang nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsenergie des Verbrennungsmotors 2 bei geschlossenen Kupplungen 6, 13 und geöffneter Kupplung 7 zum Antrieb eine Hydraulikpumpe 4' dient und dass das Hydrauliköl über geeignete Verbindungen 10' zum Antrieb der Antriebsachsen des Fahrzeugs durch einen Hydraulikmotor 9' sowie zur Versorgung hydraulischer Nebenverbraucher 5', die zur Durchführung der Arbeitsfunktionen der mobilen Arbeitsmaschine erforderlich sind, verwendet wird.
  6. Antriebsstrang nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass auf der Abtriebsseite des Fahrzeuggetriebes 2 zunächst die Abtriebs-Schließkupplung 6, dann die Trenn-Kupplung 7 und abschließend die Antriebs-Schließkupplung 13 in der dann geteilten Kardanwelle 8 angeordnet sind.
  7. Antriebsstrang nach den Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungen 6, 7, 13 als Elektromagnetkupplungen und/oder pneumatisch betätigte Kupplungen ausgeführt sind.
  8. Antriebsstrang nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromerzeuger ein hydraulischer Verbraucher ist und dass die erzeugte elektrische Energie zur Versorgung von elektrischen Nebenverbrauchern der Arbeitsfunktionen dient.
  9. Antriebsstrang nach den Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang eine Steuervorrichtung 12 umfasst, um über geeignete Verbindungen 14, 14' die verschiedenen Antriebspfade einstellen zu können.
  10. Antriebsstrang nach dem Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung 12 geeignete elektrische Verbindungen 14 und/oder geeignete pneumatische Verbindungen 14 umfasst.
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